汽車整車在典型環(huán)境下大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果分析

張濤，周漪，劉靜

（1.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039；2.重慶市環(huán)境腐蝕與防護(hù)工程技術(shù)研究中心，重慶 400039）

汽車作為全天候使用的產(chǎn)品，耐氣候老化性能是一個重要指標(biāo)，國內(nèi)外主要汽車生產(chǎn)企業(yè)都建立了一套科學(xué)、完善的汽車耐候性質(zhì)量控制體系，在這一體系中，整車大氣暴露試驗(yàn)是汽車耐候性考核的一個重要手段[1]。整車大氣暴露試驗(yàn)是將汽車置于能代表某一氣候類型區(qū)域的室外自然大氣環(huán)境條件下進(jìn)行暴露，讓其經(jīng)受陽光、溫度、濕度、雨水、氧、臭氧及其它環(huán)境因素的綜合作用，按規(guī)定的暴露試驗(yàn)期限，定期檢查其外觀、零部件匹配情況、功能變化。試驗(yàn)過程中，所有材料和零部件的分布與實(shí)際使用狀態(tài)保持一致，保證老化過程中的相互作用，老化速度和類型最接近于實(shí)際情況，以得到真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。整車大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果對于汽車產(chǎn)品耐候性的研究和評價具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)

根據(jù)《QC/T 728—2005汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》的要求，汽車整車暴露場地應(yīng)選擇在能代表各種氣候類型的典型的有苛刻環(huán)境氣候條件的區(qū)域內(nèi)[2]，此次整車大氣暴露試驗(yàn)地點(diǎn)選取了海南萬寧、重慶江津、黑龍江漠河、西藏拉薩和甘肅敦煌，分別代表了我國濕熱海洋、亞濕熱酸雨、寒冷低溫、高原低氣壓和干熱沙漠這幾種主要的典型氣候類型。

試驗(yàn)采用整車自然大氣直接靜態(tài)暴露方法，將汽車整車南北朝向自然放置于各試驗(yàn)站點(diǎn)的暴露場內(nèi)，試驗(yàn)車的前擋風(fēng)玻璃朝正南方向。

整車大氣暴露試驗(yàn)時間為1年，試驗(yàn)期間，主要針對車體溫度分布情況、整車的外觀變化以及運(yùn)行使用性能方面進(jìn)行檢測和評定。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 整車?yán)匣g現(xiàn)象

在各種典型氣候環(huán)境條件下，汽車整車、零部件及材料出現(xiàn)的老化腐蝕現(xiàn)象具有明顯差異性，整車?yán)匣g現(xiàn)象見表1。

表1 典型環(huán)境特征及老化腐蝕現(xiàn)象Table1 Typicalenvironment featuresand vehicle corrosion phenomenon

2.2 車體溫度監(jiān)測結(jié)果

試驗(yàn)期間，利用溫度傳感器監(jiān)測并記錄了車體主要部位的溫度變化情況，溫度傳感器的安裝如圖1和圖2所示。獲得的各試驗(yàn)點(diǎn)車體溫度測量最大值和最小值見表2。

2.3 車身涂層檢測結(jié)果

圖1 整車外部溫度傳感器Fig.1 Exterior temperature sensors set

通過1年的整車大氣暴露試驗(yàn)，車身涂層的檢 測結(jié)果見表3。

圖2 整車內(nèi)部溫度傳感器Fig.2 Interior temperature sensorsset

3 結(jié)果分析

3.1 車體溫度分布規(guī)律

試驗(yàn)中主要對車體發(fā)動機(jī)蓋、車頂、保險杠和儀表板等部位的溫度進(jìn)行了監(jiān)測，車體溫度最大值主要出現(xiàn)的部位在車內(nèi)儀表板處，最低溫度出現(xiàn)在車頂部位。從表2中可以看出，拉薩試驗(yàn)站的車體溫度最高，儀表板最高溫度達(dá)117℃，漠河試驗(yàn)站的車體溫度最低，為-44.6℃。從圖3和圖4可以分析出，車體溫度變化規(guī)律與環(huán)境密切相關(guān)。由于強(qiáng)烈的太陽輻射，拉薩試驗(yàn)站的車體晝夜溫差大，與萬寧試驗(yàn)站相比，對汽車零部件及材料的溫度沖擊效應(yīng)更為明顯。同時，所有試驗(yàn)車的車內(nèi)儀表板表面最高溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于車頂?shù)淖罡邷囟龋畹蜏囟葎t基本一致。這主要是由于白天陽光透過前擋玻璃引起的附加溫升，造成汽車內(nèi)部密閉空間溫度較高，因此，在進(jìn)行儀表板材料設(shè)計選型時應(yīng)充分考慮這一因素，尤其是在高原地區(qū)使用的車輛。

表2 車體最高溫度和最低溫度Table 2 Maximum andminimum temperature ofvehiclebody

表3 車身涂層大氣暴露檢測結(jié)果Table3 Atmospheric exposure test resultsofvehicle coating

3.2 環(huán)境對車身涂層的影響

不同的環(huán)境對車身涂層的影響有明顯差異。

圖3 拉薩車內(nèi)儀表板和車頂表面溫度變化情況Fig.3 Surface temperature changes of instrumentboard and vehicle roof in Lhasa

1）敦煌屬于典型的干熱沙漠環(huán)境，由于具有太陽輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、沙塵天氣較多的特點(diǎn)，容易造成涂層的老化和磨損，主要表現(xiàn)為車身涂層的明顯失光和厚度降低。

圖4 萬寧車內(nèi)儀表板和車頂表面溫度變化情況Fig.4 Surface Temperature Changes of Instrument Board and Vehicle Roof inWanning

2）由于萬寧的氣候環(huán)境為高溫、高濕、高海鹽粒子濃度環(huán)境，江津的氣候環(huán)境為濕熱酸雨環(huán)境，因此金屬材料在這2個地區(qū)的腐蝕速度明顯高于其它地區(qū)，表現(xiàn)為涂層劃痕腐蝕深度擴(kuò)展迅速。其中，萬寧站劃痕腐蝕深度最大為14mm，典型腐蝕圖片如圖5和圖6所示。

圖5 萬寧車身劃痕腐蝕狀況Fig.5 Scratch corrosion status of vehicle body coating in Wanning

圖6 江津車身劃痕腐蝕狀況Fig.6 Scratch corrosion statusofvehicle body coating in Jiangjin

3）從試驗(yàn)結(jié)果來看，濕熱海洋環(huán)境下的萬寧站中暴露的試驗(yàn)車輛，受高溫、高濕、高海鹽離子濃度和較強(qiáng)的太陽輻射等環(huán)境因素共同作用下，涂層的老化進(jìn)程明顯加快。其中，最早表現(xiàn)出來的是涂層附著力下降，這是由于在相同的相對濕度下，溫度越高，絕對濕度越大，則周圍空間水蒸氣壓力增加，同時溫度越高，高分子鏈的熱運(yùn)動越劇烈，加速形成了分子間的空隙。這些都有利于水分透入漆膜，在兩層漆膜之間積聚，會降低層間附著力，隨后再向深入一步發(fā)展，到達(dá)漆膜與底板之間，從而降低了涂層與底板的附著力。

4）顏料及助劑的選擇和環(huán)境因素是影響涂層保色性能的兩大主要因素，顏料的色澤、類型和助劑的添加等都會影響涂層的保色性能。從表3中失光與變色程度數(shù)據(jù)來看，環(huán)境中高溫、高濕、高太陽輻射的綜合作用更容易導(dǎo)致涂層變色。

3.3 環(huán)境對車輛非金屬材料件的影響

從表1的整車?yán)匣g現(xiàn)象來看，試驗(yàn)期間，部分橡膠和塑料件老化比較嚴(yán)重，表現(xiàn)為橡膠件的變形、變硬、開裂、粉化、析出物和長霉等，塑料件的變色和變脆等，典型老化現(xiàn)象如圖7—10所示。這種情況多發(fā)生在陽光能直射的部位，說明太陽輻射所產(chǎn)生的光效應(yīng)和熱效應(yīng)是造成橡膠和塑料材料老化的最主要因素。漠河站特有的寒冷氣候，汽車長時間處于低溫環(huán)境中，容易造成內(nèi)飾皮革件變硬老化。

圖7 雨刷明顯變色Fig.7 Obviouscolor change ofwindshield wiper

圖8 外飾件變形和開裂Fig.8 Deformation and crackingof interiorand exteriormaterials

圖9 密封條出現(xiàn)析出物Fig.9 Eductsofseals

圖10 密封條粉化、長霉和變硬Fig.10 Chalking，mildew growth and hardeningofseals

3.4 環(huán)境對車輛內(nèi)飾的影響

車內(nèi)座椅織物面料經(jīng)過3個月的暴露試驗(yàn)就出現(xiàn)明顯變色，織物面料的耐光老化性能還有待提高，同時應(yīng)盡量避免太陽光長時間的直接照射。內(nèi)飾紡織品件典型老化變色現(xiàn)象如圖11和圖12所示。

圖11 坐椅織物面料明顯變色Fig.11 Obvious color changeof chair textile

圖12 副駕駛座椅布嚴(yán)重變色Fig.12 Seriouscolor changeof copilotcloth

內(nèi)外飾金屬件總體耐腐蝕性能較好，由于江津的特有的酸性氣候環(huán)境造成車標(biāo)電鍍層出現(xiàn)較嚴(yán)重的氧化，典型腐蝕現(xiàn)象如圖13和圖14所示。在城市工業(yè)酸性大氣環(huán)境中，車身電鍍件的耐酸性腐蝕性能中應(yīng)加以重視。

圖13 車標(biāo)出現(xiàn)較嚴(yán)重的氧化點(diǎn)Fig.13 Oxidation pointson vehicle logo

圖14 門扣輕微白霜蝕Fig.14 Slightwhite froston doorhandle

3.5 環(huán)境對汽車功能件和車內(nèi)氣氛的影響

汽車功能件除受冬季漠河站嚴(yán)寒氣候影響，車輛啟動困難以外，其它功能件的故障主要表現(xiàn)在蓄電池、車燈、空調(diào)葉片、換擋桿等方面。隨著車內(nèi)溫度的升高，各種高分子內(nèi)飾材料的老化分解和揮發(fā)速度會加快，車內(nèi)氣味變化也更為明顯。

表4 汽車功能件和車內(nèi)氣味檢查結(jié)果Table 4 Test resultsof functional componentsand inner smellof vehicle

4 討論

整車大氣暴露試驗(yàn)主要是針對整車、零部件及材料的外觀進(jìn)行檢測，而需要加工成一定形狀的標(biāo)樣才能檢測的項目一般不能實(shí)施，比如橡膠件、塑料件的力學(xué)性能，涂層的抗沖擊性能等[3]。為了解決這一問題，可以在整車大氣暴露試驗(yàn)的同時，同時投試部分關(guān)鍵零部件及材料，可參照零部件在車上的實(shí)際安裝位置，采取暴露架、玻璃框、黑箱[4]或IP/DP箱[5]等大氣暴露試驗(yàn)方式，還可以將一些材料加工成便于檢測的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行試驗(yàn)。

我國整車自然環(huán)境試驗(yàn)尚處于起步階段，至今仍未有整車及零部件大氣暴露試驗(yàn)的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)出臺，2005年頒布實(shí)施了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T728—2005《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》。該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合國內(nèi)多年來從事整車及其零部件材料制品濕熱帶地區(qū)大氣環(huán)境老化暴露試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)以及我國汽車工業(yè)發(fā)展的具體情況，借鑒或引用了SAE，GM，VW等行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，對整車自然大氣直接靜態(tài)暴露試驗(yàn)方法及其老化試驗(yàn)評價內(nèi)容作了原則性的規(guī)定，適合于亞熱帶氣候環(huán)境，對于寒冷、沙漠、高原等典型環(huán)境卻未作充分考慮。目前，國內(nèi)整車大氣暴露試驗(yàn)和評價方法初步建立，有待進(jìn)一步規(guī)范和完善。試驗(yàn)方式還處于探索階段，有待不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。

5 結(jié)語

汽車整車大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同氣候環(huán)境條件下，車體溫度的分布情況及整車外觀、內(nèi)外飾材料的腐蝕老化特征具有明顯差異。為了能夠全面考核汽車產(chǎn)品的耐候性，需要綜合考慮各種氣候環(huán)境的影響。自然環(huán)境變化具有復(fù)雜性和不可預(yù)見性，且各因素之間相互關(guān)聯(lián)，協(xié)同作用，因此，極難應(yīng)用某單一因素的改變來評定汽車產(chǎn)品老化情況，必須進(jìn)行系統(tǒng)的綜合驗(yàn)證考核[6]。實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境試驗(yàn)無法完全真實(shí)模擬大氣環(huán)境中的太陽輻射、沙塵暴、降塵、溫濕度變化和腐蝕介質(zhì)等多種因素對產(chǎn)品的綜合影響。整車大氣暴露試驗(yàn)的試驗(yàn)條件是最接近產(chǎn)品實(shí)際使用情況，試驗(yàn)過程中，汽車零部件及材料受到各種環(huán)境因素的協(xié)同作用，試驗(yàn)結(jié)果可以真實(shí)直觀地反映出產(chǎn)品性能在多種環(huán)境因素復(fù)雜作用下的演變規(guī)律。試驗(yàn)和研究獲得的數(shù)據(jù)與規(guī)律，準(zhǔn)確可靠，符合使用實(shí)際，對于整車和零部件的合理選材，正確選擇防護(hù)措施，延長使用壽命，提高車輛可靠性和用戶滿意度具有十分重要的意義。

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